Nghiên cứu xác định đặc tính khí động của cánh khí cụ bay khi bay gần mặt giới hạn có tính đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt động cơ bằng phương pháp xoáy rời rạc phi tuyến không dừng

Bài báo nghiên cứu xác định đặc tính khí động của cánh khí cụ bay khi bay gần mặt giới hạn có tính đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt động cơ bằng phương pháp xoáy rời rạc phi tuyến không dừng, thiết lập thuật toán và chương trình giải. Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng trong việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo khí cụ bay khi chuyển động gần mặt giới hạn, cũng như khai thác, sử dụng máy bay cánh quạt hiệu quả.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu xác định đặc tính khí động của cánh khí cụ bay khi bay gần mặt giới hạn có tính đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt động cơ bằng phương pháp xoáy rời rạc phi tuyến không dừng Tên lửa & Thiết bị bay NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG CỦA CÁNH KHÍ CỤ BAY KHI BAY GẦN MẶT GIỚI HẠN CÓ TÍNH ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG KHÍ SAU CÁNH QUẠT ĐỘNG CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP XOÁY RỜI RẠC PHI TUYẾN KHÔNG DỪNG Trần Quốc Cường1*, Lã Hải Dũng2 Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu xác định đặc tính khí động của cánh khí cụ bay khi bay gần mặt giới hạn có tính đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt động cơ bằng phương pháp xoáy rời rạc phi tuyến không dừng, thiết lập thuật toán và chương trình giải. Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng trong việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo khí cụ bay khi chuyển động gần mặt giới hạn, cũng như khai thác, sử dụng máy bay cánh quạt hiệu quả. Từ khóa: Khí cụ bay, Cánh nâng, Mặt giới hạn. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay khí cụ bay (KCB) bay trong đệm khí động đã và đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới (bay ở độ cao tương đối so với dây cung cánh, từ mép sau cánh đến mặt giới hạn < 1), các loại KCB này thông thường sử dụng động cơ cánh quạt. Đối với các loại máy bay cánh quạt khi bay ở độ cao thấp (quá trình cất hạ cánh) do có sự ảnh hưởng tương tác giữa mặt giới hạn - cánh quạt và KCB đã làm thay đổi hình ảnh dòng chảy bao quanh KCB và thay đổi các đặc tính khí động của chúng. Khái niệm về mặt giới hạn thông thường được hiểu là mặt kết thúc của môi trường không khí mà trong đó KCB chuyển động. Các nghiên cứu trước đây mới chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của mặt giới hạn đến cánh nâng [3] [6], hoặc ảnh hưởng của trường tốc độ sau cánh quạt đến cánh nâng khi bay ở các độ cao không có ảnh hưởng của mặt giới hạn [4] [5], chưa có nghiên cứu nào nghiên cứu đặc tính khí động của cánh khí cụ bay khi bay gần mặt giới hạn có tính đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt động cơ. Các tác giả sẽ sử dụng phương pháp xoáy rời rạc phi tuyến không dừng để xây dựng phương pháp tính xác định đặc tính khí động của cánh khí cụ bay khi bay gần mặt giới hạn có tính đến ảnh hưởng của dòng khí sau cánh quạt động cơ. 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 2.1. Các giả thiết Dòng chảy bao quanh KCB là môi trường khí lý tưởng, không nén, không nhớt, không tính đến bề dày mặt tạo lực. Bên ngoài KCB thoả mãn định luật bảo toàn khối lượng. Trên màn xoáy phía sau KCB thoả mãn điều kiện liên tục của áp suất, tức là màn xoáy chuyển động cùng với môi trường. Tại khoảng cánh đủ xa KCB và vết của nó, các nhiễu động do chúng gây ra có thể coi như bị triệt tiêu, dòng trở thành không nhiễu động. Hình dạng KCB không thay đổi khi tham gia chuyển động quay, chuyển động tịnh tiến. 2.2. Thiết lập hệ trục tọa độ Hệ tọa độ liên kết cánh nâng O0x0y0z0 có gốc tọa độ O0 ở điểm đầu của dây cung gốc cánh, O0x0 trùng với dây cung gốc cánh, O0y0 vuông góc với mặt 10 T. Q. Cường, L. H. Dũng, “Nghiên cứu xác định đặc tính … phi tuyến không ngừng.” Nghiên cứu khoa học công nghệ phẳng cánh, O0z0 vuông góc với O0x0y0 và tạo thành tam diện thuận; Hệ tọa độ cố định cánh quạt O1x1y1z1 có O1 nằm ở tâm cánh quạt, O1x1 trùng với trục quay cánh quạt hướng theo dòng chảy, O1y1 vuông góc với mặt phẳng ngang chứa O1x1 và nằm trong mặt phẳng cánh quay; Hệ tọa độ liên kết cánh quạt O1xcqycqzcq có gốc tọa độ O1 ở tâm cánh quạt, O1xcq  O1x1, O1zcq dọc theo dây cung lá cánh quạt, vuông góc với O1x1 nằm trong mặt phẳng lá cánh, O1ycq vuông góc với O1xcqzcq ; Hệ tọa độ liên kết mặt giới hạn O2x2y2z2 có gốc tọa độ nằm ở giữa mép trước mặt giới hạn, O2x2 nằm dọc theo chiều dài và vuông góc với mép trước mặt giới hạn, O2y2 vuông góc với mặt giới hạn và hướng lên trên (hình 1-2) [1] [2]. Trong đó: V- Tốc độ dòng khí; P- Lực kéo cánh quạt; b- Dây cung cánh; α, αcq- Góc tấn cánh và góc tấn cánh quạt; - Góc trượt cạnh của dòng khí; φ- Góc giữa trục quay cánh quạt với dây cung cánh. Hình 1. Mô hình tính toán đặc tính khí Hình 2. Hệ tọa độ liên kết cánh, cánh động cánh- cánh quạt và mặt giới hạn. quạt và mặt giới hạn. 2.3. Mô hình hóa tổ hợp cánh - cánh quạt và mặt giới hạn bằng các màn xoáy Mô hình bài toán được xây dựng bằng phương pháp xoáy rời rạc phi tuyến xem xét trong dòng chảy không dừng. Cánh - cánh quạt và mặt giới hạn được thay thế bởi các màn xoáy: Màn xoáy cánh trong hệ tọa độ O0x0y0z0; Màn xoáy cánh quạt trong hệ tọa độ O1xcqycqzcq; Màn xoáy mặt giới hạn trong hệ tọa độ O2x2y2z2. Màn xoáy thay thế cánh quay bao gồm các xoáy liên kết trên các lá cánh và các xoáy tự do ngoài lá cánh (hình 3). Màn xoáy thay thế mặt giới hạn, bao gồm các xoáy liên kết trên mặt giới hạn, xoáy tự do ngoài mặt giới hạn (hình 4). Màn xoáy thay thế cánh có dạng bình đồ tương tự như hình chiếu bằng của cánh, bao gồm các xoáy liên kết trên cánh và xoáy tự do ngoài cánh (hình 5). Tổ hợp màn xoáy gồm màn xoáy cánh, màn xoáy cánh quạt, màn xoáy mặt giới hạn và vết của nó là màn xoáy không gian với các hướng bất kỳ theo các trục tọa độ. 2.4. Xác định trường vận tốc cảm ứng từ màn xoáy cánh quạt Khi thay mặt chịu tải của lá cánh quạt bằng hệ các xoáy rời rạc thì các dây cung của các thiết diện lá cánh được chia ra thành n1 phần, sải lá cánh quạt thành N1 dải (phần) (hình 4). Các xoáy ngang được kí hiệu bởi 1 với mốc ban đầu tại mép trước lá cánh. Ký hiệu k1 là số của xoáy dọc và thực hiện đánh số từ mép trong ra mép ngoài lá cánh. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 45, 10 - 2016 11  Tên lửa & Thiết bị bay Trường vận tốc cảm ứng từ màn xoáy cánh quạt Các xoáy liên kết trên bề mặt lá cánh và xoáy tự do xung quanh lá cánh sẽ tạo ra tốc độ cảm ứng tại điểm bất kì trong không gian lân cận nó: cr cr cr cr cr ...